除草剂安全剂
除草剂安全剂
简介
除草剂安全剂（Safener）又称为解毒剂（Antidote）或保护剂（Protectant），简单说来，是指用来保护作物免受除草剂的药害，从而增加作物的安全性和改进杂草防除效果的化合物。在除草剂中加入安全剂，是人为赋予除草剂以选择性的一种手段，以提高作物的耐药性，其作用也包括选择性除草剂增效剂，以扩大除草剂的杀草谱而不增加对作物的药害。
研究历程
除草剂安全化现象最早发现于1947年，当时Hoffman偶然发现用2，4-D处理过的番茄，以后接触到除草剂2，4-D的液雾不会产生药害。进一步研究表明，用2，4-D叶面处理后，能保护小麦免受燕麦灵（barban）的药害。然而，这种桔抗机制不可能开发利用，因为用2，4-D种子处理的结果证实对小麦有药害，而叶面喷洒处理则对靶标杂草的活性降低。尽管这些初次探索失败了，Hoffman认为这些相互作用关系具有潜在的意义，因而他建立了检测化合物是否具有安全剂活性的筛选程序，并于1962年首次提出了安全剂概念。几年后，他提出了第一个安全剂—萘二甲酸酐（NA）作为保护玉米免受流代氨基甲酸酯除草剂的药害，其效果足以商品化。1972年Gulf公司介绍此药，并以商品名“Protect”进入市场。起初，NA是作为种子处理安全剂使用开发的，用于降低EPTC对玉米的药害，而现在知道NA还可有效地降低多种不同除草剂对多种作物的药害。以后的IS年中，一些安全剂商品化方面不断发展。最具成功的是1973年原Stauffer公司开发了由Pallos等提出的二氯乙酸胺类安全剂R－25788（dichlormid），可使玉米免受硫代氨基甲酸酯或EPTC的药害。Ciba－Geigy公司开发的CGA－43089可使异丙甲草胺（metolachlor）用于高粱地除草。由于酸胺类除草剂丙草胺对水稻有药害，Ciba－Geigy公司又开发了安全剂CGA－123407。并将两者混和成制剂成功地用于直播稻田。
NA和dichlormid的成功引起了许多化学公司的探索研究，目标是发现对其所有权产品有保护作用的安全剂。这些研究的目的是与重要作物杂草除草剂的结合，动用经典的筛选方法检测先导化合物。这种研究途径导致Ciba－Geigy公司发现了肟醚类安全剂：解草胺腈（Cyometrinil）、解草腈（Oxabetrinil）和肟草安（Fluxofenin），Monsanto公司发现2、4-一二取代基噻唑羧酸酯类如解草安（Flurazole）。
作用机制
4种假说来解释其作用
尽管安全剂保护作物免受除草剂毒害的作用机制迄今尚无定论，但有人提出了4种假说来解释其作用的模式：（1）安全剂可能干扰除草剂的吸收和输导；（2）安全剂可能与除草剂受体和靶标位点竞争；（3）安全剂加强除草剂在作物中的除解；（4）以上几种作用模式的结合。结构活性论（QSAR）和谷脱甘肽轭合论是两种最为普遍的机制解释。
Stephenson等在测定
Stephenson等在测定了大量酰胺类衍生物对丙草丹的解毒效应的基础上，提出了相似结构活性联系理论（QSAR）。他们指出：安全剂的结构与活性密切相关，和除草剂结构相似的物质具有较好的解毒活性，如和硫代氨基甲酸酯除草剂结构非常相似的N，N－二取代二氯乙酰胺衍生物是玉米免受这类除草剂伤害的最有效的安全剂。对于安全剂dichlormid，StePhenson等认为：最具活性的是N，N一二取代基-2，2-二氯乙酰胺，并且二氯乙酰胺生物活性要大于一氯和三氯取代物。此外，Yenne等利用计算机进行计算机辅助分子模型设计（CAMM）研究后发现，安全剂分子结构的特征官能团对于解毒效应至关重要，化学结构的某些变化将会导致安全剂解毒活性的丧失。最近报道的苯基磺酰脲类可以保护作物免遭磺酰脲类除草剂的伤害，也进一步丰富了相似结构活性理论。
然而对于像NA和EPTC这种典型解毒效能的情况，QSAR理论和CAMM研究都不能给予满意的解释。Lay和Casida提出了谷胱甘肽轭合作用机制论。他们指出：硫代氨基甲酸酯除草剂在植物体内首先转变成亚机，而亚砜的毒性更强，安全剂则是通过增进还原型谷胱甘肽（GSH）含量及提高谷胱甘肽-S-转移酶（GST）的活性；他们推断这些变化是轭合和解毒EPTC的代谢物——EPTC亚砜所必需的，否则这种代谢物会对玉米产生药害。StePhenson和Ezra通过研究发现：结构与EPTC非常相似的氯乙酰胺类化合物的解毒作用可能是提高了化合物本身代谢及EPTC代谢所需的底物或酶的活性。Dichlormid在玉米体内本身不与GSH轭合，但它的类似物CDAA（2-氛-N，N－二－2-烯丙基乙酰胺）作为EPTC的安全剂有很好效果，它在玉米体内提高了GSH水平和GST活性后，本身与谷胱甘肽轭合。另外，几种被安全剂处理而拮抗活性的咪唑啉酮和磺酰脲类除草剂能与葡萄糖进行轭合，Kreuz等报道安全剂解草酯能增强小麦体内芳氧基苯氧基丙酸酯类除草剂块草酸的葡糖基化作用；同样，安全剂BAS145138被发现能强化玉米体内羟基化氯嘧磺隆的葡糖基化。然而安全剂对这些反应过程的作用至今还不明确。
Cronwald等分离定性
Cronwald等分离定性了玉米和高粱中谷胱甘肽-S-转移酶（GST），并确定了安全剂对玉米和高粱中GST的影响。研究证实：安全剂的作用包括了除草剂解毒酶的引入。Fuerst等将筛选的安全剂和除草剂用于小麦实验，分离了小麦中数种GST的引入，表明它们决定了解毒代谢是安全剂选择的基础，安全剂的作用加速了除草剂的代谢。
尽管在过去的十几年中，除草剂安全剂作用机制的研究已引起人们的广泛注意，然而确切的作用机制仍未阐明。大量的研究表明安全剂的作用并非一种机制运行，可能是一系列过程的综合。但种种假说，还需要更多、更有说服力的工作证明。